DE2727827A1

DE2727827A1 - Ringmagnetanordnung

Info

Publication number: DE2727827A1
Application number: DE19772727827
Authority: DE
Inventors: Shokichi Kumakura
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-06-21
Filing date: 1977-06-21
Publication date: 1977-12-22
Also published as: GB1580574A; FR2356301A1; US4227105A; NL179172C; DE2727827C2; FR2356301B1; NL7706859A

Description

Shokichi KUMAKURA

5-3/ Funabori 2 chome, Edogawa-ku, Tokio, Japan

Rinqmagnetanordnung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ringmagnetanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und fällt damit allgemein in das Gebiet der elektromagnetischen Maschinen mit Permanentmagnet.

Bekanntlich können in elektromagnetischen Maschinen Keramik-Permanentmagnete, beispielsweise solche aus Ferrit, verwendet werden. Ein Keramikmagnet kann in Radialrichtung magnetisiert werden und hat die PoIflachen an sich selbst. Er kann nun entlang einem parallel zu den Polflächen verlaufenden Weg eine hohe Reluktanz aufweisen, so daß keine Notwendigkeit besteht, einen winkelmäßigen Abstand zwischen den Polschuhen oder überhaupt Polschuhe vorzusehen, die bei Verwendung der üblichen Alnico-Magnete erforderlich sind. Wegen der Schwierigkeit, einen einzelnen radial magentisierten Keramikmagnetring herzustellen, muß eine Mehrzahl bogenförmiger keramischer Magnete bei Anwendungen wie für eine elektrische Maschine zu einer Ringanordnung zusammengesetzt werden.

Die Verwendung einer Ringanordnung bogenförmiger Magnete in einer elektrodynamischen Maschine ist bekannt (USA-PS 3663850). Hierbei werden die Permanentmagnete anfänglich entlang der Innenseite eines ringförmigen Haltebands so angeordnet, daß zwischen den Enden benachbarter Magnete ein Zwischenraum verbleibt, in den elastische Abstandsstücke oder Federglieder eingesetzt werden. Diese Glieder üben eine Druckkraft auf die benachbarten Enden der Magnete aus, die somit fest gegen das ringförmige Band gehalten werden, so daß eine selbsthaltende Vor-Montageeinheit entsteht. Die so gebildete Vor-Montageeinheit wird gegen eine ringförmige Innenfläche der Maschine von gleichem Durchmesser wie das Band angelegt und das Band wird entfernt, wodurch die Ringanordnung der Magnete in fester Anordnung an der Maschinenfläche verbleibt.

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Die beschriebene Anordnung erfordert die aufeinanderfolgende
Einfügung der Abstandsstücke oder Federn in die Zwischenräume
zwischen den aufeinanderfolgenden Nachbarmagnetpaaren, wobei das letzte einzusetzende Stück unter vorübergehender Überwindung der Druckkraft eingefügt werden muß, die von den einander gegenüberliegend angeordneten Magenten aufgebracht und von den bereits montierten Federn ausgeübt wird. Zur Sicherstellung eines zwangsläufigen Festhalteeffekts müssen die Abstandsstücke oder Federn relativ groß und aus einem Material sein, das für eine lange Lebensdauer haltbar ist. Zwischen den Magneten wird deshalb ein vergrößerter Zwischenraum benötigt, was die Verwendung einer Anordnung von sehr vielen, einen nur kleinen Abstand voneinander aufweisenden Magneten ausschließt. Da die beschriebene Anordnung sich gegen eine sie umgebende Fläche abstützt, kann sie nicht auf einem innen befindlichen Rotor oder Stator montiert werden.

Demgegenüber wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung eine Ringanordnung aus einer Mehrzahl von bogenförmigen
Permanentmagneten gebildet, die von einfacher Konstruktion und
leicht herstellbar ist und einen geringen Abstand der Magnete untereinander ermöglicht. Die Konstruktion kann hierbei sehr starr sein und kann sowohl an eine Rotor-Außenfläche als auch an eine
Stator-Innenfläche aufgebracht werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Rahmenteil durch Gießen eines Gießharzes in eine Form, in der die Magnete in ordnungsgemäßer Ausrichtung angeordnet sind, hergestellt. Dabei können die Enden der Magnete durch Schleifen angeschrägte Kanten
aufweisen, die die Vertiefungen bilden. Die Ringanordnung der Permanentmagnete fluchtet radial mit den beiden Ringteilen des Rahmens. Jeder der Permanentmagnete besteht aus einem Keramikmaterial und es sind eine Vielzahl von Polflächen unmittelbar in der zweiten Fläche angeordnet, wobei jede Polfläche einen Magnetpol
der radialen Magnetisierung umfaßt.

Die erfindungsgemäße Ringmagnetanordnung kann in verschiedener Weise in Abhängigkeit von der konzentrischen Beziehung zwischen
dem Rotor und dem Stator der elektrischen Maschine, in die die

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Magnetanordnung eingesetzt wird, abgewandelt sein. Allgemein kann die Anordnung bei vielerlei Arten elektrodynamischer Maschinen angewandt werden. Es können in der ersten der größeren Flächen zwischen den benachbarten Magneten zusätzliche Vertiefungen gleich den rinnenartigen Vertiefungen, die in der zweiten der größeren Flächen gebildet sind, vorhanden sein, durch die zusätzliche Stege des Rahmens verlaufen. Die einzelnen Magnete der Anordnung sind an ihren Enden starr durch diese Stege gehalten und werden durch die beiden Ringteile des Rahmens an ihren gegenüberliegenden Seiten ergriffen. Anstelle der zusätzlichen Stege kann die erste Fläche der Magnete auch ein ringförmiges Band aus magnetisierbarem Material aufweisen, mit dem es bedeckt ist und das als magnetischer Pfad zwischen benachbarten Magnetpolen in der ersten der größeren Flächen dient, wodurch ein Streufluß von den Magnetpolen zur Montagefläche der Maschine verhindert wird, die somit aus einem nichtmagnetischen Material hergestellt sein kann.

Bei der erfindungsgemäßen Ringmagnetanordnung sind die Dauermagnete Ende an Ende mit einer kleinen dazwischenliegenden Vertiefung angeordnet, so daß der Abstand zwischen zwei benachbarten Magneten auf einem Minimum gehalten werden kann mit der Folge, daß die Zahl der gebildeten magnetischen Pole sehr hoch sein kann und eine hohe Wirksamkeit der Maschine selbst bei niedriger Drehzahl der Maschine sichergestellt ist.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Fahrrad-Stromgenerator mit einem Rotor, auf dem die Ringmagnetanordnung montiert ist;

Fig. 2 einen Teil-Längsschnitt entsprechend Fig. 1 eines ähnlichen Fahrrad-Stromgenerators, bei dem jedoch die Ringmagnetanordnung an seinem Stator montiert ist;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der Ringmagnetanorndung gemäß den Fig. 1 oder 2;

Fig. 4 einen Teil-Querschnitt in einer Ebene 4-4 in Fig. 3;

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Fig. 5 und 6 Teil-Querschnitte entsprechend Fig. 4 anderer Ausführungsformen der Ringmagnetanordnung zur Verwendung in einem Generator *nach Fig. 1; und

Fig. 7 einen Teil-Querschnitt einer weiteren Ausfuhrungsform der Ringmagnetanordnung zur Verwendung in einem Generator nach Fig. 2.

Ein Fahrrad-Stromgenerator 1, ein sogenannter "Dynamo", enthält eine erfindungsgemäße Ringmagnetanordnung 2 aus bogenförmigen Magneten mit jeweils einer Mehrzahl von einander abwechselnden Nord- und Südpolen. Eine Nabenscheibe 3 des Fahrrads weist einen Rand auf, an dessen ringförmiger Innenfläche die Ringmagnetanordnung beispielsweise mit Hilfe eines Haftmittels befestigt ist. Der Generator umfaßt einen Stator 5, der konzentrisch innerhalb der Ringmagnetanordnung 2 mit einem schmalen Spalt dazwischen angeordnet ist.

Die Fahrradnabe 6 weist einen Montageflansch 7 auf, an dem die Nabenscheibe 3 fest sitzt. Die Nabe 6 ist drehbar auf einer in bekannter Weise in einem Rahmen 8 montierten Achse 9 über zwei Kugellager 10, 11 angeordnet. Sie weist an einem Ende einen mit Löchern 13 versehenen Flansch 14 auf, die der Verankerung von Speichen 12 dienen. Ein weiterer Satz Speichen 15 ist in Löchern 16 in einem kleinen Flansch 17, der sich vom Ende des Rands 4 wegerstreckt, verankert.

Zwischen einer stationären Laufbahn 18 des Lagers 10 und einer

Spannmutter 19, die beide auf die Achse 9 aufgeschraubt sind,

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ist eine stationäre Trommel'festgehalten, die aus einem nichtmagnetischen Material wie Aluminium bestehen kann und einen ringförmigen Rand 21 aufweist, auf dessen Außenfläche etwa durch ein Klebemittel der Stator 5 befestigt ist, der einen üblichen Aufbau aufweist. Kurz dargestellt, umfaßt er zwei komplementäre Kernkörper 22, 23, die gemeinsam einen hohlen ringförmigen Kern bilden und an ihrer äußeren ümfangsfläche mit einer Vielzahl von ineinandergreifenden kammartigen Polschuhen ausgebildet sind, ferner eine auf einem Spulenkörper 24, der in den hohlen Zwischenraum zwischen den Kernkörpern 22 und 23 eingepaßt ist, sitzende

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Spule 25, deren Wicklung konzentrisch zum Kern ist. Die Polschuhe der Kernkörper 22, 23 haben einen kleinen Abstand von der Innenfläche der Ringmagnetanordnung 2.

Gemäß Fig. 3 besteht die erfindungsgemäße Ringanordnung aus einem Ring von bogenförmigen Permanentmagneten 29, die Ende an Ende aneinanderliegen und Vertiefungen 34, 35 (Fig. 4) mit dreieckigem Querschnitt aufweisen, die sich sowohl in der Außenfläche als auch in der Innenfläche des Magnetrings zwischen benachbarten Magneten befinden, und aus einem Rahmen 41 zum starren Halten der Ringanordnung. Zum Rahmen 41 gehören zwei Ringteile 30, 31, die die entgegengesetzten Seiten der Ringanordnung ergreifen, und Stege 32, 33, die sich jeweils durch die rinnenförmigenVertiefungen 34 bzw. 35 erstrecken und die beiden Ringteile 30 und 31 miteinander verbinden. Jeder Permanentmagnet 29 besteht aus Keramikmaterial, das in bekannter Weise im Magentfeld so gebildet worden ist, daß es in radialer Richtung der Ringanordnung magnetisiert ist. An seiner Außenfläche und an seiner Innenfläche ist die Ringanordnung mit einer Mehrzahl alternierender Nordpole und Südpole versehen. Die gegenüberliegenden Enden der einzelnen Magnete 29 sind zur Bestimmung der Vertiefungen zu einer sich verjüngenden Form geschliffen. Der Rahmen 41 ist so hergestellt, daß ein Harz in eine Form eingegossen wird, in der die Ringanordnung der Magnete 29 sorgfältig positioniert ist. Die beiden Ringteile 30 und 31 können eine Radialerstreckung gleich derjenigen der Anordnung 2 aufweisen. Die Stege 32, 33 sind beim dargestellten Beispiel getrennte Elemente, sie können jedoch integral gegossen werden, indem ein kleiner Abstand zwischen den Enden der benachbarten Magnete erhalten bleibt.

Beim Generator 1 nach Fig. 1 dreht sich die Ringmagnetanordnung 2 zusammen mit der Nabenscheibe 3 und an der Spule 25 am Stator 5 wird unter dem Einfluß des von den Magneten 29 erzeugten Magnetfelds eine Spannung induziert. Da sich die Nabenscheibe 3 mit einer Umdrehungszahl in der Größenordnung von 120 Upm dreht, ist es erwünscht, daß der Generator eine hohe magnetische Effizienz aufweist. In dieser Hinsicht ist die erhältliche Magnetpolzahl in

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der Anordnung sehr hoch und ist gleichzeitig die Nabenscheibe 3 mit dem Rand 4 aus magnetisierbarer^ Material hergestellt, so daß der Rand als Magnetpfad minimaler Länge zwischen den benachbarten Magnetpolen liegt und so_mit den Steufluß erniedrigt.

Beider dargestellten Ausführungsform ist mit der Trommel 20 eine Deckplatte 26 verbunden, die verhindert, daß Fremdkörper ihren Weg in den Spalt zwischen der Ringmagnetanordnung 2 und dem Stator finden. Ein Ende 37 der Deckplatte 26 ist mit Abstand in eine Stufe 36 aufgenommen, die im Ringteil 31 der Ringmagnetanordnung 2 gebildet ist. Zwischen dem Stator 5 und der Deckplatte 26 befindet sich ein Abstandsstück 27 aus nichtmagnetischem Material. Die Deckplatte 26 trägt Klemmen 28 (von denen nur eine dargestellt ist) zum Anschluß von Leitungsdrähten an der Spule 25 durch das Abstandsstück 27 hindurch.

Beim Generator nach Fig. 2 ist die erfindungsgemäße Ringmagnetanordnung 2 an dessen Stator befestigt. Teile entsprechend den Teilen nach Fig. 1 sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Der Generator nach Fig. 2 weist einen Rotor 50 auf, dessen ringförmige Kern- und Spulenanordnung derjenigen nach Fig. 1 gleicht. Der Rotor 50 ist um die ringförmige Innenfläche des Rands 4 unter Zwischenlage eines Abstandsstücks 38' aus nichtmagnetischem Material angeordnet. Die Ringmagnetanordnung 2 mit gegenüber Fig. 1 unveränderter Konstruktion wird vom Rand 21 der Trommel getragen, der in diesem Fall aus magentisierbarem Material besteht. Bei einem derartigen Generator muß eine Schleifringanordnung zum Abnehmen der Ausgangsspannung vom Rotor 5 vorhanden sein, die jedoch zur übersichtlicheren Darstellung nicht eingezeichnet ist.

Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Ringmagnetanordnung 2. Bei dieser Ausführung gehören ebenfalls die Stege 32 und 33 zum Rahmen 41. An den Außenfläche jedes Magnets 29 ist eine Platte 38 aus magnetisierbarem Material aufgeklebt. Bei Verwendung dieser Ringmagnetanordnung 2 beim Generator nach Fig. 1 kann die Nabenscheibe 3 aus nichtmagnetischem Material bestehen.

Fig. 6 zeigt eine abgewandelte Magnetanordnung, die derjenigen nach Fig. 3 entspricht mit der Ausnahme, daß die Stege 32 durch

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ein ringförmiges Band 39 aus magnetxsierbarem Material ersetzt sind, das die Außenfläche der Anordnung überdeckt. Diese Anordnung kann im Generator nach Fig. 1 Anwendung finden.

Fig. 7 zeigt eine Abwandlung der Ausführung nach Fig. 6 dahingehend, daß ein ringförmiges Band 40 aus magnetisierbaren Material an der Innenfläche der Anordnung angebracht ist. Diese Anordnung kann im Generator nach Fig. 2 Verwendung finden.

Die Ringmagnetanordnung nach Fig. 6 oder nach Fig. 7 kann so hergestellt werden, daß das Band 39 bzw. 40 in der Gießform angeordnet wird und eine Ringanordnung der bogenförmigen Magnete 29 entlang der Außenfläche bzw. der Innenfläche des Bands angelegt wird, bevor das Harz in die Gießform gegossen wird.

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Claims

Shokichi KUMAKURA

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Ringmaqnetanordnunq

Patentansprüche

f 1.)Ringmagnetanordnung zur Montage auf einer ringförmigen oder zylindrischen Fläche einer elektromagnetischen Maschine zur Erzeugung von deren Magnetfeld, mit einer Mehrzahl von bogenförmigen Permanentmagneten, die in ringförmiger Anordnung unter Bildung einer ersten und einer zweiten größeren Fläche angeordnet
sind, von denen die erste größere Fläche in Anlage an die ringförmige oder zylindrische Maschinenfläche zu bringen ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich in der zweiten größeren Fläche zwischen benachbarten Magneten (29) Vertiefungen (34,35) befinden und ein Rahmen (41) aus nichtmagnetischem Material zum starren Verbinden der Magnete miteinander zwei Ringteile (30,31), die an den gegenüberliegenden Seiten der Ringanordnung stramm angreifen, und Stege (32,33) umfaßt, die sich durch die Vertiefungen (34,35) erstrecken und die beiden Ringteile miteinander verbinden.
2. Ringmagnetanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils benachbarten Magnete (29) Ende an Ende aneinander· liegen.
3. Ringmagnetanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich in der ersten Fläche zwischen den benachbarten Magneten (29) weitere Vertiefungen (32,33) befinden und der Rah-

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men (41) weitere Stege (32,33) umfaßt, die sich durch die weiteren Vertiefungen erstrecken und ebenfalls die beiden Ringteile (30, 31) miteinander verbinden.
4. Ringmagnetanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein ringförmiges Band (39,40) die erste Fläche überdeckt.
5. Ringmagnetanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Band aus magnetisierbarem Material besteht.
6. Ringmagnetanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Fläche die Außenfläche und die zweite Fläche die Innenfläche der Ringmagnetanordnung (2) ist.
7. Ringmagnetanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Fläche die Innenfläche und die zweite Fläche die Außenfläche der Ringmagnetanordnung (2) ist.
8. Ringmagnetanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die die erste Fläche bildende Oberfläche der Magnete (29) mit einer Platte (38) aus magnetisierbarem Material bedeckt ist.

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